Οι μηχανικές ιδιότητες των μεταλλικών υλικών αναφέρονται στις διάφορες ιδιότητες που επιδεικνύονται υπό τη δράση εξωτερικών δυνάμεων, οι οποίες καθορίζουν την καταλληλότητα και την ανθεκτικότητα των υλικών σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Ακολουθούν οι κύριοι δείκτες των μηχανικών ιδιοτήτων των μεταλλικών υλικών:
1. Αντοχή και αντοχή διαρροής
Η αντοχή είναι η ικανότητα ενός μεταλλικού υλικού να αντιστέκεται στη δράση μιας εξωτερικής δύναμης (φορτίο) και να αποφεύγει την υπερβολική πλαστική παραμόρφωση ή θραύση. Είναι ο βασικότερος και ένας από τους σημαντικότερους δείκτες των μηχανικών ιδιοτήτων των μεταλλικών υλικών. Η αντοχή μπορεί να χωριστεί σε διάφορους τύπους, συμπεριλαμβανομένης της αντοχής σε εφελκυσμό, της αντοχής σε θλίψη, της αντοχής σε κάμψη και της αντοχής διάτμησης, μεταξύ των οποίων η αντοχή εφελκυσμού είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη.
- Αντοχή σε εφελκυσμό (σb ή Rm): αναφέρεται στη μέγιστη τιμή καταπόνησης που μπορεί να αντέξει ένα υλικό κατά την τάνυση, δηλαδή τη μέγιστη τάση που μπορεί να επιτευχθεί πριν από την αφαίρεση. Αντανακλά την ικανότητα του υλικού να αντιστέκεται στη θραύση, που συμβολίζεται ως Rm ή σb, και η μονάδα είναι MPa (μεγαπασκάλ). Η αντοχή σε εφελκυσμό είναι μια σημαντική παράμετρος για την αξιολόγηση της σκληρότητας και της ικανότητας πλαστικής παραμόρφωσης ενός υλικού.
- Αντοχή διαρροής (σs ή ReL, Rp0.2): αναφέρεται στο υλικό στη διαδικασία εφελκυσμού, όταν η τάση φτάσει σε μια ορισμένη κρίσιμη τιμή, ακόμη και αν η τάση δεν αυξάνεται πλέον, το υλικό θα συνεχίσει να υφίσταται σημαντική πλαστική παραμόρφωση της τιμής της τάσης. Για υλικά με εμφανές φαινόμενο διαρροής, η αντοχή διαρροής είναι το σημείο διαρροής της τάσης. Για υλικά χωρίς εμφανές φαινόμενο διαρροής, συνήθως ορίζεται ότι προκαλείται 0,2% υπολειπόμενη παραμόρφωση της τιμής τάσης ως όριο διαρροής, γνωστή ως συνθήκη αντοχής διαρροής. Η αντοχή διαρροής είναι η αρχή της πλαστικής παραμόρφωσης του υλικού είναι ένα σημαντικό σύμβολο, αλλά και ο δομικός σχεδιασμός των κοινώς χρησιμοποιούμενων δεικτών αντοχής.
2. πλαστικότητα και επιμήκυνση
Η πλαστικότητα αναφέρεται στην ικανότητα ενός μεταλλικού υλικού να παράγει σημαντική πλαστική παραμόρφωση χωρίς θραύση όταν υποβάλλεται σε εξωτερικές δυνάμεις. Ένα υλικό με καλή πλαστικότητα μπορεί να απορροφήσει μεγάλη ποσότητα ενέργειας μέσω πλαστικής παραμόρφωσης, βελτιώνοντας έτσι την ικανότητά του να αντιστέκεται στην κρούση και την κόπωση.
- Επιμήκυνση (δ): Το ποσοστό της συνολικής επιμήκυνσης ενός υλικού μετά από ρήξη εφελκυσμού σε σχέση με το αρχικό επισημασμένο μήκος. Είναι ένας σημαντικός δείκτης της πλαστικότητας ενός υλικού. Μηχανική συνήθως δ Περισσότερο ή ίσο με το 5% του υλικού ονομάζονται πλαστικά υλικά, όπως μαλακός χάλυβας, αλουμίνιο, χαλκός κ.λπ. και δ Λιγότερο ή ίσο με το 5% του υλικού λέγονται εύθραυστα υλικά, όπως χυτοσίδηρος, γυαλί, κεραμικά κ.λπ.
- Συρρίκνωση τομής (ψ): αναφέρεται στο ποσοστό της μέγιστης μειωμένης επιφάνειας της τομής στην αρχική περιοχή θραύσης του υλικού μετά από θραύση εφελκυσμού. Είναι επίσης ένας σημαντικός δείκτης για τη μέτρηση της πλαστικότητας του υλικού. Μαζί με την επιμήκυνση, μπορεί να αξιολογήσει διεξοδικά την ικανότητα πλαστικής παραμόρφωσης του υλικού.
3. Σκληρότητα
Η σκληρότητα είναι η ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται σε άλλα σκληρότερα αντικείμενα που πιέζονται στην επιφάνειά του. Είναι ένας δείκτης του βαθμού σκληρότητας και απαλότητας του υλικού και είναι επίσης μια σημαντική παράμετρος που αντανακλά την αντοχή στη φθορά και την απόδοση κοπής του υλικού.
- Σκληρότητα Brinell (HBS, HBW) και σκληρότητα Rockwell (HRA, HRB, HRC): είναι δύο κοινά χρησιμοποιούμενες μέθοδοι δοκιμής σκληρότητας. Η σκληρότητα Brinell εφαρμόζεται σε μαλακότερα υλικά, ενώ η σκληρότητα Rockwell ισχύει για σκληρότερα υλικά. Η δοκιμή σκληρότητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για την αξιολόγηση των μηχανικών ιδιοτήτων του υλικού, αλλά και για τον έλεγχο της ποιότητας του επιφανειακού στρώματος του υλικού, όπως η απανθράκωση και η ενανθράκωση.
4. Ανθεκτικότητα κρούσης
Η αντοχή στην κρούση είναι η ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται σε κρουστικά φορτία. Είναι ένας σημαντικός δείκτης της αντοχής σε θραύση των υλικών υπό δυναμική φόρτιση.
- Τιμή σκληρότητας κρούσης (Ak): συνήθως σε τζάουλ / τετραγωνικό εκατοστό (J / cm²) ως μονάδα, υποδεικνύοντας την ικανότητα του υλικού να απορροφά ενέργεια υπό την επίδραση κρουστικού φορτίου. Ένα υλικό με καλή αντοχή στην κρούση έχει υψηλή αντοχή στη θραύση κρούσης και είναι κατάλληλο για εφαρμογές όπου πρέπει να εφαρμοστούν κρουστικά φορτία.
5. Μέτρο ελαστικότητας
Ο συντελεστής ελαστικότητας είναι ο λόγος της τάσης προς την καταπόνηση κατά τη φάση ελαστικής παραμόρφωσης ενός υλικού. Είναι ένα σημαντικό μέτρο της ακαμψίας ενός υλικού.
- Μέτρο ελαστικότητας (E): συνήθως εκφράζεται σε Pascals (Pa) ή Gigapascals (GPa). Για κοινά μεταλλικά υλικά, όπως ο χάλυβας, ο συντελεστής ελαστικότητας είναι συνήθως μεταξύ 200-210 GPa. Τα υλικά με υψηλό συντελεστή ελαστικότητας έχουν επίσης υψηλή ακαμψία και υψηλή αντοχή στην ελαστική παραμόρφωση.
6. Ανθεκτικότητα σε θραύση
Η ανθεκτικότητα στη θραύση είναι η ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται στην επέκταση της ρωγμής όταν περιέχει ρωγμές. Είναι ένας σημαντικός δείκτης της αντοχής ενός υλικού σε εύθραυστη θραύση.
- Ανθεκτικότητα κατά της θραύσης (KIC): υποδεικνύει τον συντελεστή έντασης τάσης του υλικού υπό συνθήκες επίπεδης παραμόρφωσης, όταν η ρωγμή αρχίζει να διαστέλλεται. Τα υλικά με υψηλή αντοχή στη θραύση έχουν επίσης ισχυρή αντοχή σε εύθραυστα σπασίματα και είναι κατάλληλα για εφαρμογές που απαιτούν περιβάλλοντα υψηλής τάσης ή χαμηλής θερμοκρασίας.
7. Δύναμη κόπωσης
Αντοχή σε κόπωση είναι η ικανότητα ενός υλικού να αντιστέκεται σε ζημιές από κόπωση υπό εναλλασσόμενα φορτία. Είναι ένας σημαντικός δείκτης της-μακράς διάρκειας ζωής ενός υλικού.
- Όριο κόπωσης (σ-1): υποδεικνύει τη μέγιστη τιμή τάσης ενός υλικού κάτω από άπειρους χρόνους εναλλασσόμενου φορτίου χωρίς ζημιά από κόπωση. Τα υλικά με υψηλή αντοχή στην κόπωση έχουν επίσης μεγάλη διάρκεια ζωής και είναι κατάλληλα για περιπτώσεις όπου χρειάζεται να αντέχουν εναλλασσόμενα φορτία.
Οι δείκτες μηχανικών ιδιοτήτων μεταλλικών υλικών περιλαμβάνουν αντοχή, πλαστικότητα, σκληρότητα, αντοχή σε κρούση, μέτρο ελαστικότητας, αντοχή σε θραύση και αντοχή σε κόπωση. Αυτοί οι δείκτες μαζί καθορίζουν τη δυνατότητα εφαρμογής και την ανθεκτικότητα των μεταλλικών υλικών σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Σε πρακτικές εφαρμογές, είναι απαραίτητο να επιλέγονται τα κατάλληλα μεταλλικά υλικά σύμφωνα με τις ειδικές απαιτήσεις χρήσης, ώστε να επιτυγχάνεται η καλύτερη ποιότητα προϊόντος και αποτέλεσμα χρήσης.